機(jī)器人圖像雅可比矩陣在線估計(jì)算法研究.pdf_第1頁(yè)
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1、機(jī)器人視覺(jué)伺服是圖像處理、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)、控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及實(shí)時(shí)計(jì)算等領(lǐng)域的融合,是計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究前沿的一個(gè)重要分支。機(jī)器人視覺(jué)伺服也是一個(gè)具有重要理論研究意義和廣闊工業(yè)應(yīng)用前景的基礎(chǔ)性課題。根據(jù)視覺(jué)反饋信號(hào)的表現(xiàn)形式可以將機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)分為基于位置的視覺(jué)伺服和基于圖像的視覺(jué)伺服兩種方法。其中基于圖像的視覺(jué)伺服因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)系統(tǒng)標(biāo)定誤差具有一定魯棒性等優(yōu)勢(shì),在實(shí)際系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。在基于圖像的視覺(jué)伺服系統(tǒng)中,圖像雅

2、可比矩陣被用來(lái)描述機(jī)器人手眼關(guān)系,是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的圖像雅可比矩陣獲取方法是將攝像機(jī)標(biāo)定參數(shù)帶入解析式求解。但由于標(biāo)定算法不可避免存在誤差、對(duì)環(huán)境變化敏感、以及某些特殊場(chǎng)合難以實(shí)施等原因,該方法在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)用很有限。因此,探討如何在無(wú)標(biāo)定環(huán)境下精確求解圖像雅可比矩陣成為一項(xiàng)非常有意義的工作。針對(duì)這一事實(shí),本文做了相關(guān)探索。具體工作如下:首先,系統(tǒng)回顧了現(xiàn)有的圖像雅可比矩陣無(wú)標(biāo)定求解方法,總結(jié)了各自的優(yōu)缺點(diǎn),并詳細(xì)介紹了其

3、中一種比較理想的求解方法——基于卡爾曼濾波(KF)的圖像雅可比矩陣在線估計(jì),并通過(guò)仿真和實(shí)際機(jī)器人實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。針對(duì)卡爾曼濾波需要對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行線性-高斯近似,本文在圖像雅可比矩陣無(wú)標(biāo)定求解中引入粒子濾波。首先從其演變過(guò)程簡(jiǎn)單介紹了粒子濾波,并通過(guò)線性-非高斯的2維運(yùn)動(dòng)目標(biāo)模型,驗(yàn)證了粒子濾波的優(yōu)勢(shì),最后將粒子濾波用于圖像雅可比矩陣的在線估計(jì)當(dāng)中,通過(guò)仿真實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的精確跟蹤,并分析了使用粒子濾波在線估計(jì)圖像雅可

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